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技術 光学素子および表示装置

出願人 微采視像科技股分有限公司
発明者 張馨文余國彰
出願日 2020年3月26日 (11ヶ月経過) 出願番号 2020-056337
公開日 2020年10月22日 (4ヶ月経過) 公開番号 2020-173434
状態 未査定
技術分野 レンズ以外の光学要素
主要キーワード 特性幅 拡張レベル 拡大幅 拡張幅 回析構造 拡大レベル 特性寸法 天頂角θ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年10月22日)のものです。
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図面 (10)

課題

表示内容可読性を改善し得る光学フィルムおよびそれを用いる表示装置を提供する。

解決手段

光学素子100は、第1媒体110、第2媒体120および光偏向構造体140を含む。第2媒体は、第1媒体上に形成される。光偏向構造体は、第1媒体と第2媒体との間の界面に形成される。光学素子と、光源により発せられる光との関係は、式、0<|WB−WA|/Wref<10を満たし、WAは、光が、第1媒体を光入射側として光学素子を通過するという状況下において得られる画像拡大幅であり、WBは、光が、第2媒体を光入射側として光学素子を通過するという状況下において得られる画像拡大幅であり、Wrefは、光が、光学素子を通過しないという状況下において得られる幅である。

概要

背景

近年、パーソナルコンピュータラップトップ型コンピュータデジタルカメラスマートフォンタブレット型コンピュータ、および液晶テレビなど、様々な電子製品に、ディスプレイ幅広く使用されている。光学フィルムは、ディスプレイの設計により生じる可能性のある問題を解決するために、ディスプレイに必須の要素である。光学フィルムは、膜または被膜材料物理的特徴に通じて表示品質を向上させるために、膜素子として単独で形成され得る、または単層または多層被膜の形態で他の素子被覆され得る。光学フィルムの通常機能は、暗状態におけるLCDの光漏れを低減させ、特定の視角内の、画像のコントラストおよび彩度を大きく高め、諧調反転の問題のいくつかを解決することを含む。

特許文献1は、光偏向フィルムおよびそれを用いる表示装置を提供する。表示装置は、ディスプレイパネルおよび光偏向フィルムを含む。光偏向フィルムは、ディスプレイパネル上に配置され、第1層、第2層、および第1層と第2層との間の界面に形成される光偏向構造体を含む。第1層は、第1屈折率を有する。第2層は、第1層上に形成され、第2屈折率を有する。光偏向フィルムの第1層は、第2層とディスプレイパネルとの間に位置し、第1屈折率は、第2屈折率よりも大きい。

概要

表示内容可読性を改善し得る光学フィルムおよびそれを用いる表示装置を提供する。光学素子100は、第1媒体110、第2媒体120および光偏向構造体140を含む。第2媒体は、第1媒体上に形成される。光偏向構造体は、第1媒体と第2媒体との間の界面に形成される。光学素子と、光源により発せられる光との関係は、式、0<|WB−WA|/Wref<10を満たし、WAは、光が、第1媒体を光入射側として光学素子を通過するという状況下において得られる画像拡大幅であり、WBは、光が、第2媒体を光入射側として光学素子を通過するという状況下において得られる画像拡大幅であり、Wrefは、光が、光学素子を通過しないという状況下において得られる幅である。A

目的

特許文献1は、光偏向フィルムおよびそれを用いる表示装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

光を発するように構成される光源上に配置される光学素子であって、前記光学素子は、第1媒体と、前記第1媒体上に形成される第2媒体と、前記第1媒体と前記第2媒体との間の界面に形成される光偏向構造体とを備え、前記光学素子と前記光との関係は、以下の式、0<|WB−WA|/Wref<10…(1)を満たし、WAは、前記光が、前記第1媒体を光入射側として前記光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅であり、WBは、前記光が、前記第2媒体を前記光入射側として前記光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅であり、Wrefは、前記光が、前記光学素子を通過しないときに得られる幅である、光学素子。

請求項2

前記第2媒体上に形成される保護層をさらに備える、請求項1記載の光学素子。

請求項3

前記第1媒体は、第1屈折率を有し、前記第2媒体は、第2屈折率を有し、前記第1屈折率は、前記第2屈折率よりも小さい、請求項1記載の光学素子。

請求項4

光源上に配置される光学素子であって、前記光学素子は、第1屈折率を有する第1媒体と、前記第1媒体上に形成され、第2屈折率を有する第2媒体と、前記第1媒体と前記第2媒体との間の界面に形成される光偏向構造体とを備え、前記光源により発せられる光は、前記第1媒体および前記第2媒体を順次通過し、前記第1屈折率は、前記第2屈折率よりも小さい、光学素子。

請求項5

前記光学素子と前記光との関係は、以下の式、0<|WB−WA|/Wref<10…(1)を満たし、WAは、前記光が、前記第1媒体を光入射側として前記光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅であり、WBは、前記光が、前記第2媒体を前記光入射側として前記光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅であり、Wrefは、前記光が、前記光学素子を通過しないときに得られる幅である、請求項4記載の光学素子。

請求項6

前記光偏向構造体は、少なくとも、0.3μm〜50μmの範囲の間隔を有する、請求項1または4記載の光学素子。

請求項7

1≦WA/Wref≦10である、請求項1または5記載の光学素子。

請求項8

1≦WB/Wref≦10である、請求項1または5記載の光学素子。

請求項9

1<WB/WA<10である、請求項1または5記載の光学素子。

請求項10

前記第1屈折率は、1.2〜1.8の範囲である、請求項3または4記載の光学素子。

請求項11

前記第2屈折率は、1.4〜2の範囲である、請求項3または4記載の光学素子。

請求項12

画像を表示するように構成されるディスプレイと、前記ディスプレイ上に配置される光学素子とを備える表示装置であって、前記光学素子は、第1媒体と、前記第1媒体上に形成される第2媒体と、を備え、前記第1媒体と前記第2媒体との間の界面は、光偏向構造体を含み、前記光学素子と前記画像との関係は、以下の式、0<|WB−WA|/Wref<10…(1)を満たし、WAは、光が、前記第1媒体を光入射側として前記光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅であり、WBは、前記光が、前記第2媒体を前記光入射側として前記光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅であり、Wrefは、前記光が、前記光学素子を通過しないときに得られる幅である、表示装置。

請求項13

画像を表示するように構成されるディスプレイと、前記ディスプレイ上に配置される光学素子とを備える表示装置であって、前記光学素子は、第1屈折率を有する第1媒体と、前記第1媒体上に形成され、第2屈折率を有する第2媒体と、を備え、前記第1媒体と前記第2媒体との間の界面は、光偏向構造体を含み、前記画像を形成するための光は、前記第1媒体および前記第2媒体を順次通過し、前記第1屈折率は、前記第2屈折率よりも小さい、表示装置。

請求項14

画像を表示するように構成されるディスプレイと、前記ディスプレイ上に配置される光学素子とを備える表示装置であって、前記光学素子は、第1屈折率を有する第1媒体と、前記第1媒体上に形成され、第2屈折率を有する第2媒体と、前記第2媒体上に形成される保護層とを備え、前記第1屈折率は、前記第2屈折率よりも小さく、前記第1媒体と前記第2媒体との間の界面は、光偏向構造体を含む、表示装置。

技術分野

0001

本発明は、概して、光学素子およびそれを含む表示装置に関し、より具体的には、光制御光学素子およびそれを用いる表示装置に関する。

背景技術

0002

近年、パーソナルコンピュータラップトップ型コンピュータデジタルカメラスマートフォンタブレット型コンピュータ、および液晶テレビなど、様々な電子製品に、ディスプレイ幅広く使用されている。光学フィルムは、ディスプレイの設計により生じる可能性のある問題を解決するために、ディスプレイに必須の要素である。光学フィルムは、膜または被膜材料物理的特徴に通じて表示品質を向上させるために、膜素子として単独で形成され得る、または単層または多層被膜の形態で他の素子被覆され得る。光学フィルムの通常機能は、暗状態におけるLCDの光漏れを低減させ、特定の視角内の、画像のコントラストおよび彩度を大きく高め、諧調反転の問題のいくつかを解決することを含む。

0003

特許文献1は、光偏向フィルムおよびそれを用いる表示装置を提供する。表示装置は、ディスプレイパネルおよび光偏向フィルムを含む。光偏向フィルムは、ディスプレイパネル上に配置され、第1層、第2層、および第1層と第2層との間の界面に形成される光偏向構造体を含む。第1層は、第1屈折率を有する。第2層は、第1層上に形成され、第2屈折率を有する。光偏向フィルムの第1層は、第2層とディスプレイパネルとの間に位置し、第1屈折率は、第2屈折率よりも大きい。

先行技術

0004

台湾特許出願公開第201733801号公報

0005

本発明の実施形態によると、光学フィルムおよびそれを用いる表示装置を提供する。前述の光学フィルムは、表示内容可読性を改善し得る。

0006

本発明の別の実施形態によると、光学フィルムおよびそれを用いる表示装置を提供する。前述の光学フィルムは、狭視野角色ずれ、光漏れを含む、ディスプレイモジュールの問題を解決し得る。

0007

本発明の代替の実施形態によると、光学フィルムおよびそれを用いる表示装置を提供する。前述の光学フィルムは、光学フィルムを通過した後の入射光拡散により生じるフレームぶれを解決し得る。

0008

本発明の実施形態によれば、光学素子は、光を発するように構成される光源上に配置される。光学素子は、第1媒体と、第1媒体上に形成される第2媒体と、第1媒体と第2媒体との間の界面に形成される光偏向構造体とを含む。光学素子と光源により発せられる光との関係は、以下の式、
0<|WB−WA|/Wref<10…(1)
を満たし、WAは、光が、第1媒体を光入射側として光学素子を通過するという状況下において測定される画像拡大幅であり、WBは、光が、第2媒体を光入射側として光学素子を通過する状況下において測定される画像拡大幅であり、Wrefは、光が、光学素子を通過しない状況下において測定される幅である。

0009

本発明の実施形態によれば、光学素子は、光源上に配置され、光学素子は、第1屈折率を有する第1媒体と、第1媒体上に形成され、第2屈折率を有する第2媒体と、第1媒体と第2媒体との間の界面に形成される光偏向構造体とを含み、光源により発せられる光は、第1媒体および第2媒体を順次通過し、第1屈折率は、第2屈折率よりも小さい。

0010

本発明の実施形態によれば、表示装置は、画像を表示するように構成されるディスプレイと、ディスプレイ上に配置される光学素子とを含む。光学素子は、第1媒体と、第1媒体上に形成される第2媒体とを含み、第1媒体と第2媒体との間の界面は、光偏向構造体を備え、光学素子と画像との関係は、以下の式
0<|WB−WA|/Wref<10…(1)
を満たし、WAは、光が、第1媒体を光入射側として光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅であり、WBは、光が、第2媒体を光入射側として光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅であり、Wrefは、光が、光学素子を通過しないときに得られる幅である。

0011

本発明の実施形態によれば、表示装置は、画像を表示するように構成されるディスプレイと、ディスプレイ上に配置される光学素子とを含む。光学素子は、第1屈折率を有する第1媒体と、第1媒体上に形成され、第2屈折率を有する第2媒体とを含み、第1媒体と第2媒体との間の界面は、光偏向構造体を備え、画像を形成するための光は、第1媒体および第2媒体を順次通過し、第1屈折率は、第2屈折率よりも小さい。

0012

本発明の実施形態によれば、表示装置は、画像を表示するように構成されるディスプレイと、ディスプレイ上に配置される光学素子とを含み、光学素子は、第1屈折率を有する第1媒体と、第1媒体上に形成され、第2屈折率を有する第2媒体と、第2媒体上に形成される保護層とを含み、第1媒体と第2媒体との間の界面は、光偏向構造体を備える。第1屈折率は、第2屈折率よりも小さい。

0013

本発明の上記態様および他の態様は、以下の、非限定的だが好ましい(1つまたは複数の)実施形態の詳細な説明に関して、よりよく理解される。添付の図面を参照して、以下の説明を行う。

図面の簡単な説明

0014

本発明の実施形態に係る光学素子の断面図である。
本発明の実施形態に係る光学素子の断面図である。
本発明の実施形態に係る光学素子の断面図である。
本発明の実施形態に係る光学素子の断面図である。
光強度と光源の位置との関係を表す模式図である。
本発明の実施形態に係る光学素子およびディスプレイの模式図である。
本発明の実施形態に係る光学素子の模式図である。
本発明の実施形態による、画像のエネルギー分布から得られる光強度と位置との関係を表す模式図である。
本発明の実施形態による、画像のエネルギー分布から得られる光強度と位置との関係を表す模式図である。

実施例

0015

本発明の技術的特徴および利点が、当業者により容易に理解されるという目的のため、多数の例示的な実施形態を、詳細な説明および添付の図面とともに、以下に開示する。本発明の実施形態は、様々な背景において幅広く使用され得る、多くの発明概念を提供する。本明細書に開示する例示的な実施形態は、本発明の製造方法および使用を説明するためのものであり、本発明の保護範囲を限定するためのものではない。

0016

なお、本明細書は、本発明の異なる特徴を実現するための様々な実施形態または実施例を提供する。本明細書の以下の説明は、本発明の説明を簡易化するための各構成要素の例示的な実施形態および構成要素の配置の特定の例に関する。しかし、これらの特定の例は、本発明を限定するためのものではない。たとえば、本明細書において、第1の特徴部が第2の特徴部の上または上方に形成されるという開示は、第1の特徴部および第2の特徴部が、互いに直接接触するという実施形態も含む。そのような開示は、また、追加の特徴部が、第1の特徴部と第2の特徴部との間に形成され、第1の特徴部と第2の特徴部が互いに接触しないようにするという実施形態を含む。

0017

慣習に従い、各特徴部の図は、実寸に基づいていない。逆に、図を簡略化するために、各特徴部の寸法は、任意に拡大または縮小されることがある。さらに、本明細書は、各実施形態および/または構造上の外観の関係を限定するためではなく、単純かつ簡潔にするために、同じ参照番号および/または符号を異なる例に用いることがある。

0018

表示内容の可読性は、ディスプレイの重要な品質基準と見なされている。光学フィルムを利用することで表示装置の画質を向上させることは、業界における慣習である。たとえば、回折構造を有する光学フィルムは、狭視野角、色ずれ、光漏れなどのディスプレイモジュールの問題を解決するために使用され得る。しかし、それらの光学フィルムは、状況によっては、フレームのブレの原因となり得る。

0019

研究により、本発明の発明者たちは、光学フィルムを通過する光により引き起こされる拡張レベル(expansion level)が、画像の表示品質に影響を及ぼす要因の1つであり、フレームのブレの問題は、ディスプレイ上に表示される光学フィルムの拡張レベルを制御することにより解決され得ることを見出した。より具体的には、光学フィルムの両側(前側および後側)から得られる画像拡大率(image expansion level)の制御が、フレームのブレの問題を解決する手助けとなる。以下、本願において、回析構造体を有する光学素子、およびそれを用いる表示装置を提供し、光学素子が前面でディスプレイに取り付けられる場合に得られる光拡張レベルと、光学素子が背面でディスプレイに取り付けられる場合に得られる光拡張レベルとの関係を開示する。通常の研究では、光が単一の方向に沿って光学素子を通過した時に生じる拡張レベルと、画質制御との関係を研究する。本例では、2つの反対方向に沿って光学素子を通過する光によって生じる拡張レベル、および、それらの対応関係が、ディスプレイの知覚される解像度を適切に保つために、さらに研究される。

0020

図1A〜1Dは、本発明のいくつかの実施形態に係る光学素子100の断面図である。これらの実施形態によれば、光学素子100は、光源150上に配置され、第1媒体110、第2媒体120、および保護層130を含み、第1媒体110と第2媒体120との間の界面は、光偏向構造体140を含む。光偏向構造体140は、入射光の位相または振幅変調するために設けられる。光源150により放射される光151が光学素子100を通過すると、光151は、光偏向構造体140によって拡張された後に、観察者160によって見られる。

0021

光学素子100は、光学フィルムまたは光学シートであり得る。光学素子100の光偏向構造体140により、光源150により放射される光151は、光の分布を調整するために、異なる方向に進む複数の光線に分割および/または偏向され得る。いくつかの実施形態では、光学素子100は、3つ以上の膜層で形成される積層構造体であり得る。いくつかの実施形態では、光偏向構造体140は、回折原理および補償効果に応じて設計される回折構造体となり得る。たとえば、光偏向構造体140は、表面上に稜線(ridges)または刻線(rulings)などの微細構造体を有する回折格子となり得る。他の例では、光偏向構造体140は、千鳥状の分布の明帯および暗帯であってもよい。

0022

いくつかの実施形態では、光偏向構造体140は、第1媒体110と第2媒体120との間の界面に形成される。たとえば、光偏向構造体140が第1媒体110と第2媒体120との間の界面に形成され得るように、第1媒体110および第2媒体120上の三次元構造体は、互いに対応している。いくつかの実施形態では、光偏向構造体140が第1媒体110と第2媒体120との間の界面に形成されるように、第1媒体110の界面上の形態と、第2媒体120の界面上の形態は、互いに相補的である。

0023

いくつかの実施形態では、光偏向構造体140は、一定の間隔を有する格子構造体であってもよく、その間隔は、好ましくは0.2μm〜10μmの範囲である。他のいくつかの実施形態では、光偏向構造体140は、一定でない間隔を有する格子構造体であってもよく、たとえば、格子間の空間が多様であるか(多様間隔)、または勾配する空間(gradient spacing)を有する格子構造体であり、格子構造体の間隔は、0.3μm〜50μmの範囲である。格子構造体の間隔が一定でない実施形態では、格子間隔の変動は、0.4μm〜10μmの範囲であり、他の実施形態では、格子間隔の変動は、もっとも大きな格子間隔の少なくとも1%、またはもっとも大きな格子間隔の90%未満である。

0024

いくつかの実施形態では、光偏向構造体140は、連続的に配置されてもよい。具体的には、光偏向構造体140は、光学素子100の全体に亘って、連続的に配置されてもよい。つまり、光偏向構造体140は、光学素子10の面積の100%に亘ってもよい。いくつかの実施形態では、光偏向構造体140を有する光偏向領域は、不連続に配置されてもよい。具体的には、光偏向構造体140を有する光偏向領域は、通常領域(光非偏向領域とも呼称され得る光偏向構造体のない領域)間に配置され得る。つまり、複数の光偏向領域が、通常領域(光非偏向領域)によって分離される。これらの実施形態では、光偏向領域は、光学素子100の面積の30〜95%に亘ってもよい。

0025

光学素子100は、適切な製造工程によって形成され得る。たとえば、まず、第1媒体110が基板(図示せず)上に形成され、次に、第2媒体120が第1媒体110上に形成され、そして、保護層130が第2媒体120上に形成され、最後に、基板が除去されて、光学素子100の製造が完了する。他のいくつかの実施形態では、保護層130が基板として使用され、第2媒体120が保護層130上に形成され、第1媒体110が第2媒体120上に形成されて、光学素子100の製造が完了する。光偏向構造体140は、第1媒体110または第2媒体120と同時に形成されてもよい。他の実施形態では、光偏向構造体140は、フォトリソグラフィ彫刻エンボス転写または印刷などの製造工程によって形成されてもよい。

0026

第1媒体110および/または第2媒体120は、単一の膜層であり得ることが理解されるべきである。たとえば、図1Aに示されるように、第1媒体110および第2媒体120は、基板または保護層の表面上に拡がる材料である。本実施形態では、第1媒体110から形成される膜層111の形態は、第2媒体120から形成される膜層121の形態と相補的である。他の実施形態では、第1媒体110および/または第2媒体120は、互いに分離した複数の構造体であってもよい。たとえば、図1Cに示されるように、第1媒体110および第2媒体120は、複数の不連続構造体110a/120aを単独で含む。本実施形態では、第1媒体110および第2媒体120の構造体は、交互パターンで配置される。

0027

第1媒体110および第2媒体120は、1つの材料または複合材料で形成されてもよい。一実施形態では、第1媒体110および第2媒体120は、単独で、感圧接着剤(PSA)、ゴム系接着剤およびポリシロキシサン接着剤などの粘弾性または弾性接着剤であってもよい。粘弾性または弾性接着剤の例として、弾性ポリウレタン系接着剤またはポリシロキサン系接着剤、スチレンブロック共重合体系接着剤、(メタアクリル系ブロック共重合体系接着剤、ポリビニルエーテル系接着剤、ポリオレフィン系接着剤、およびポリメタクリレート系接着剤が含まれる。

0028

別の実施形態では、第1媒体110および第2媒体120は、単独で、架橋樹脂層または可溶性樹脂層であってもよい。架橋樹脂層の材料の例として、(メチルアクリルウレタン、(メタ)アクリルウレタンエポキシ、またはポリオキシンなどで形成される熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂が含まれてもよい。特定の実施形態では、第1媒体110および第2媒体120の両方が、架橋樹脂層である。

0029

一実施形態では、第1媒体110は、光学素子100をディスプレイに接合するための接着剤であってもよい。第1媒体110が接着剤でない一実施形態では、光学素子100は、光学素子100をディスプレイの発光面に接合するための接着層(図示せず)をさらに含んでもよい。

0030

いくつかの実施形態では、第1媒体110の第1屈折率は、第2媒体120の第2屈折率と異なる。いくつかの実施形態では、第1媒体110の第1屈折率は、第2媒体120の第2屈折率よりも小さい。たとえば、第1屈折率は、1.2〜1.8の範囲であり、第2屈折率は、1.4〜2の範囲である。

0031

一実施形態では、第1媒体110および第2媒体120は、層の屈折率を調節するために、無機ナノ粒子または光拡散粒子などの充填剤を単独で含んでもよい。そのような状況下では、第1媒体110および第2媒体120の屈折率は、複合材料の平均屈折率として定義される。適切なナノ物質の例として、金属酸化物ナノ粒子ジルコニア二酸化チタン酸化アルミニウム酸化スズ二酸化ケイ素およびポリメチルメタクリレートPMMAナノ粒子などの無機ナノ粒子または有機ナノ粒子が含まれてもよい。

0032

一実施形態では、第1媒体110および第2媒体120の光透過率は、単独で、80%よりも大きい。例示的な実施形態では、第1媒体110および第2媒体120の光透過率は、単独で、90%よりも大きい。別の実施形態では、第1媒体110および第2媒体120の光透過率は、単独で、70%よりも小さい。例示的な実施形態では、第1媒体110および第2媒体120の光透過率は、不要な光の一部を遮断するために、単独で、50%よりも小さい。実用用途においては、光透過率が90%よりも大きい材料が、光透過率が50%よりも小さい材料と共に使用されてもよい。

0033

光偏向構造体140の設計、第1媒体110および第2媒体120の材料、および/または、光偏向構造体140が占める面積率などの要因に基づき、光学素子100は、入射光に対して所定の偏向効果を有してもよい。一実施形態では、光学素子100を通過する光(光学素子100に入射後に光学素子100を出射する光)の状況下において、透過光では、ゼロ次偏向光(透過光の方向は入射光の方向と同じである)の光強度の、非ゼロ次の偏向光(透過光の方向は入射光の方向と異なる)の光強度に対する割合は、100よりも小さい。一実施形態では、入射光が光学素子100に垂直に入射するという状況下において、透過光では、ゼロ次の偏向光の光強度の、偏向角が15°よりも大きい(透過光の方向と入射光の方向との角度が15°よりも大きい)偏向光の光強度に対する割合は、100よりも小さい。通常領域(または光非偏向領域)が、光をほとんど通過させない不透光の領域である場合、同じ効果が達成され得る。

0034

光源150は、点光源または面光源である可能性があってもよく、好ましくは光源の特性寸法は、明確に定義されてもよい。特性寸法は、限定されないが、1次元特徴寸法または2次元の特徴寸法を含んでもよい。たとえば、1次元の特徴寸法は、長さ、幅、直径、または対角線であってもよい。2次元の特徴寸法は、限定されないが、面積を含んでもよい。たとえば、光源150は、ディスプレイ、ディスプレイの画素(またはサブピクセル)、バックライトモジュールまたはライトボックスであってもよい。ディスプレイの種類は、限定されないが、液晶ディスプレイ(LCD)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、有機ELディスプレイOLEDディスプレイ)、微細ピッチディスプレイ(ミニLEDディスプレイ)、マイクロLEDディスプレイ電子ペーパディスプレイ、または、画像を表示するための他の種類のディスプレイを含む。さらに、上記のディスプレイは、他の要素と組み合されてもよい。たとえば、ディスプレイは、タッチパネルを形成するために感触素子と組み合わされてもよい。光学素子100は、ディスプレイに統合されてもよいか、または、ディスプレイの発光面に配置されてもよい。光学素子100は、(反射防止フィルムまたはタッチパネルなどの)他の要素に統合されてもよいか、または、ディスプレイの発光面に配置されてもよい。

0035

本明細書において使用されるように、光の「拡大」または「拡張」という用語は、光源から発せられた光が、光学素子100を通過した後に回析、偏向、散乱メカニズムに従って広がるか、または拡散する現象を指す。一実施形態によれば、光の「拡大レベル」または「拡張レベル」は、光源から発せられた光の本来の分布を基準として、光が光学素子100を通過した後に得られる分布範囲の変化に関する。別の実施形態では、光の「拡大レベル」または「拡張レベル」は、光が第1方向に沿って光学素子100を通過するときに得られる分布範囲と、光が第2方向に沿って光学素子100を通過するときに得られる分布範囲との関係に関する。特定の実施形態において、第1方向および第2方向は、2つの反対方向である。

0036

一実施形態によると、「拡大レベル」または「拡張レベル」の定量化は、光の特性寸法、および光学素子100を通過した後の光の特性寸法に基づく。一実施形態では、「拡大レベル」または「拡張レベル」は、光が光学素子100を通過しないときに得られる特性寸法と、光源の光が光学素子100を通過するときに得られる特性寸法との関係に関する。別の実施形態では、「拡大レベル」または「拡張レベル」は、光が第1方向に沿って光学素子100を通過するときに得られる特性寸法と、光が第2方向に沿って光学素子100を通過するときに得られる特性寸法との関係に関する。特定の実施形態では、第1方向および第2方向は、光学素子100の膜表面に対し、反対の方向で垂直をなす。

0037

たとえば、一実施形態では、「拡大レベル」または「拡張レベル」は、幅の変化の割合によって評価され、その割合は、光が光学素子100を通過しないときに得られる本来の幅の、光が光学素子100を通過するときに得られる拡大幅に対する割合である。別の実施形態では、「拡大レベル」または「拡張レベル」は、幅の変化の割合によって評価され、その割合は、光が膜表面に垂直な方向に沿って光学素子100を通過するときに得られる拡大幅の、光が反対方向に沿って光学素子100を通過するとき得られる拡大幅に対する割合である。

0038

「拡大レベル」または「拡張レベル」の定量化を、添付の図面を用いて例示する。図2を参照すると、模式図は、光強度と光源位置との関係を示す。「拡大レベル」または「拡張レベル」を評価するための基準として、特性幅Wcを使用することができ、特性幅Wcは、所定の光強度範囲に対応する位置間隔(距離)である。一実施形態では、所定の光強度範囲は、光強度の特定の割合の範囲とすることができ、光強度の割合は、光学素子を通過しない状況下において得られる最大強度(100%の光強度とみなされる)に基づき計算される。一般に、人間の眼の知覚的限界が、所定の強度範囲の下限として用いられる。たとえば、所定の強度範囲は、光強度の5%〜100%または10%〜100%となり得る。

0039

図3は、本発明の実施形態の光学素子およびディスプレイの模式図である。球面座標系の原理に基づいて、ディスプレイ300のディスプレイ表面に平行な平面上において2つの直角をなす線が、座標軸として定義される。一般的に、右方向を向く水平線がX軸として定義され、上方向を向く垂直線がY軸として定義され、ディスプレイ300の表示表面に垂直をなす軸がZ軸として定義される。したがって、ディスプレイ300を見る観察角天頂角θおよび球面座標系の方位角ψで表すことができる。方位角ψは、X軸からXY平面上への観察方向投影ベクトルまで反時計回りに回転することによって得られる、XY平面上での回転角であり、方位角ψは、0°〜360°の範囲である。天頂角θは、観察方向とZ軸との間の角度であり、0°〜90°の範囲である。一実施形態では、水平線に平行な軸線をX軸として定義することができ、垂直線に平行な軸線をY軸として定義することができ、XY平面に対し垂直な第3次元の軸線をZ軸として定義することができる。

0040

本実施形態では、光学素子310は、表示装置300に適用される。図3に示されように、表示装置300は、光学素子310およびディスプレイ320を含み、光学素子310は、ディスプレイ320の発光面に配置される。つまり、光学素子310は、XY平面に平行なディスプレイ320の発光側に取り付けられる。本実施形態では、ディスプレイ320内の発光ユニット321が光源として使用され、(i)〜(iii)の条件下で、発光ユニット321に起因するディスプレイ320上に表示される画像は、それぞれカメラ330により撮像され、条件(i):光学素子がディスプレイ320に取り付けられない、条件(ii):光学素子が前面を通してディスプレイ320に取り付けられる、条件(iii):光学素子が背面を通してディスプレイ320に取り付けられる。その後、撮像された画像のエネルギー分布が分析され、光強度と位置との関係が示され、対応する位置間隔(距離)が、10%〜100%の光強度範囲に基づいて得られ、この距離は、発光ユニットの幅、または人間の眼に知覚される拡張幅を表す特性幅として用いられる。

0041

測定過程中に、各試験サンプルの光源と光偏向構造体との間の距離は、実質的に同じであることが必要である。図4を参照して、本発明の実施形態の光学素子410の模式図を示す。測定の利便さのために、光学素子410は、複数の膜層の積層構造として形成される。底部から上部まで、積層構造は、第1外層411、第1媒体で形成される第1層412、第2媒体で形成される第2層413、第2外層414を含み、第1層412と第2層413との間の界面は、光偏向構造体415を含む。一実施形態では、第1層412の厚さおよび第2層413の厚さは非常に小さいため、省略することでき、第1外層411の厚さおよび第2外層414の厚さは、同じであることが必要である。光学素子410をディスプレイ420に取り付けるために、接着層(図示せず)が、第1外層411および第2外層414の外側にさらに含まれてもよい。

0042

図5Aに示されるように、ディスプレイ520内の単一のサブピクセルが、発光ユニット521として使用され、画像は、発光ユニット521から発せられる光522により形成される。画像のエネルギー分布に応じて、光強度と位置との関係を得ることができ、画像の幅は、光521が光学素子(図示せず)を通過しない状況下において得られる画像幅Wrefである。

0043

上記の同じ概念に基づき、図5Bを参照する。光源により発せられる光が光学素子510を通過すると、光は光偏向構造体によって拡張されて、拡張された画像を生成する。拡張された画像のエネルギー分布に応じて、光強度と位置との関係を得ることが出来る。第1層512が発光ユニット521に向くように、光学素子510の前面がディスプレイ520に取り付けられると、光522は、第1層512を光入射側として利用することで、光学素子510を通過し、そのような状況下において得られる拡張された画像の画像拡大幅は、WAである。第2層513が発光ユニット521に向くように、光学素子510の背面がディスプレイ520に取り付けられると、光522は、第2層513を光入射側として利用することで、光学素子510を通過し、そのような状況化において得られる拡張された画像の画像拡大幅は、WBである。光学素子510と光522との関係は、以下の関係を満たす。
0<|WB−WA|/Wref<10…(1)

0044

本発明の効果を検証するために、式(1)の条件下で6回の実験が行われ、表1に結果を示している。実験1、実験3、実験5および実験7は、カメラが0°の天頂角にあるときに撮像された画像から得られた結果である。実験2、実験4、実験6および実験8は、カメラが45°の天頂角かつ0°の方位角にあるときに撮像された画像から得られた結果である。Tは、光偏向構造体の間隔である。Wrefは、光が光学素子を通過しないときに得られる画像幅であり、WAは、光が第1層を光入射側として光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅であり、WBは、光が第2層を光入射側として光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅である。

0045

0046

表1に示されるように、式(1)の条件下では、WA(光が第1層を光入射側として光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅)は、WB(光が第2層を光入射側として光学素子を通過するときに得られる画像拡大幅)よりも小さく、画像が過剰に拡張される問題を効果的に制御することができる。

0047

本発明を例として、そして(1つまたは複数の)好ましい実施形態の点から説明しているが、本発明はこれに限定されないことが理解されるべきである。むしろ、様々な修正例および類似の構成およびプロセスを包括するよう意図され、したがって添付の請求項の範囲は、そのような修正例および類似の構成およびプロセスのすべてを包含するように、最も広い解釈が与えられるべきである。

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